基于FTM的震蕩熱管內氣泡流數值模擬研究.pdf

1、振蕩熱管相比于傳統(tǒng)熱管具有成本低、換熱系數高、靈活性高等特點，是一種優(yōu)秀的新型換熱元件，由于其潛在的高傳熱能力，熱響應快，簡單和廉價的結構，因此振蕩熱管是一種解決電子產品散熱的極佳手段。為了深入研究振蕩熱管內的流型，本文以振蕩熱管中的毛細管作為研究對象。由于振蕩熱管內氣泡是流型變化的基礎，因此研究氣泡的運動具有重要的意義。本文采用界面追蹤法（Front TrackingMethod，FTM）對毛細管內氣泡運動進行了數值模擬研究。本文采用

2、界面追蹤法（Front Tracking Method，FTM）對毛細管內氣泡運動進行了數值模擬研究。采用計算流體力學的經典問題之一的瑞利-泰勒不穩(wěn)定性（Rayleigh-Taylor instability即RT不穩(wěn)定性）驗證了FTM算法的準確性。通過模擬發(fā)現，密度、粘度、表面張力能有效的影響界面的不穩(wěn)定性的發(fā)展。
　　本文首先研究了三個氣泡的運動，三個氣泡呈現三角形分布，通過這樣的分布既考慮了氣泡的位置關系又考慮了氣泡之間的距

3、離。首先分析了三個氣泡之間頂角分別為30°、60°、90°時等徑氣泡的運動，發(fā)現氣泡的之間的距離會影響氣泡融合的是否發(fā)生。其次分析了兩種不同氣泡直徑比的運動情況（以頂角為60°為基礎），結果發(fā)現氣泡之間的大小和相對位置不同對氣泡的運動過程的影響主要是由于氣泡的尾流和回流。再者分析了不同形狀下氣泡的運動狀況，結果發(fā)現當橢圓氣泡位于頂部時，不會改變流場結構，只是對氣泡融合進程有影響；當橢圓氣泡位于底部時，此時會改變流場結構，融合過程更復雜。

4、最后分析了氣泡數量的影響，從結果可以看出，氣泡數量越多，氣泡的融合過程就越復雜，甚至出現氣泡破裂、裹挾液滴等情況。為了更真實的展現管內的運動狀況，通過三維FTM來探究氣泡的運動。初步利用三維程序模擬了不同直徑單氣泡的上升運動以及射流對于氣泡的穿透作用。結果發(fā)現，氣泡的直徑大小對于氣泡運動過程中的變形有較大的影響，并且韋伯數越大，氣泡射流強度越高甚至被穿透。隨著氣泡數量的增加以及程序從2D到3D，算法的復雜度急劇上升。故此本文利用CUDA